专利名称：图像处理设备和图像处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理被检体的图像的图像处理设备和图像处理方法，本发明尤其涉及一种用于处理被检眼的断层图像的图像处理设备和图像处理方法。
背景技术：
使用多波长光的干涉的光学相关断层成像(OCT)技术使得能够获取样本(特别是眼底)的高分辨率断层图像。近年来，除眼底组织的形状的通常OCT图像以外，眼科OCT设备还可以使用作为眼底组织的光学特性的偏振参数(即，延迟(retardation)和方向)来获取偏振敏感OCT图像。偏振敏感OCT (PS-OCT)可以使用偏振参数形成偏振敏感OCT图像，并且可以对眼底组织进行区分和分割。PS-OCT利用了眼的视网膜(或者眼底)中的某些层与其它层不同地反射偏振光这一事实。国际公开W02010/122118A1说明了一种使用被调制成了圆偏振光束作为用于检查样本的测量光束的偏振敏感0CT。然后，通过将干涉光束分割成相互垂直的两个线偏振光束来进行检测，从而生成由于眼底中的不同层与偏振光的相互作用而对不同层进行不同成像的偏振敏感OCT图像。
发明内容
通常，在被检眼患有导致视网膜色素上皮(RPE)层的缺失部分的疾病时，在被检眼的偏振敏感OCT图像中可识别出该缺失部分(即，预定层中的不连续部分)。对于这类缺失部分，希望提供一 种能够提供对于诊断有用的信息的图像处理设备。根据本发明的一个方面，一种图像处理设备，包括:眼底图像获取单元，用于获取眼的眼底图像；断层图像获取单元，用于获取眼的偏振敏感断层图像；以及显示控制单元，用于使显示单元在所述眼底图像的与所述偏振敏感断层图像中示出的眼的预定层中的不连续部分相对应的位置处叠加显示表示所述不连续部分的显示形态。根据本发明的另一方面，一种图像处理方法，包括以下步骤:获取眼的眼底图像；获取眼的偏振敏感断层图像；以及在所述眼底图像的与所述偏振敏感断层图像中的眼的预定层中的不连续部分相对应的位置处叠加显示表示所述不连续部分的显示形态。根据本发明的典型实施例，可以将与缺失部分(即，预定层中的不连续部分)相对应的位置显示在眼底的图像上，从而使得可以提供对于诊断有用的信息。通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将显而易见。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图，示出本发明的典型实施例、特征和方面，并与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明典型实施例的图像处理设备的示意图。图2A、2B、2C、2D和2E示出由信号处理单元所生成的图像的例子。图3是示出根据本典型实施例的处理的流程图。图4示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。图5示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。图6示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。图7示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。图8示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。图9示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。图10示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上显示的二维层厚度图的例子。图11示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。图12示出根据本典型实施例的图像处理设备的显示单元上的显示画面的显示例子。
具体实施例方式下面参考附图详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。根据本发明典型实施例的图像处理设备能够在眼底的图像(眼底图像)上显示与预定层中的不连续部分(例如，RPE层中的缺失部分)相对应的位置。该图像处理设备因而可以提供对于诊断有用的信息。例如，图11示出叠加在眼底图像1101上的、表示(如在断层图像1103中可见的)被检眼的RPE层中的不连续的显示形态1102(即，二维区域)。更具体地，希望将叠加在眼底图像1101上的显示形态1102显示在与表示偏振状态的断层图像1103( S卩，偏振敏感OCT图像)中的被检眼的RPE层1105中的不连续区域1104相对应的位置处。可以将这类断层图像称为偏振敏感断层图像或者表示偏振状态的断层图像，以区别于断层强度图像或者传统断层图像(稍后说明)。在这种情况下，希望从由表示偏振状态的多个二维断层图像所形成的三维断层图像提取三维层区域作为(例如)RPE层。此外，希望基于该三维层区域，将三维不连续区域识别为不连续部分。此外，希望将表示RPE层的显示形态1105叠加显示在断层强度图像1103上。在对通过在断层强度图像1103上叠加表示RPE层的显示形态1105所获得的图像和通过在眼底图像1101上叠加表示不连续的显示形态1102所获得的图像进行并排显示的情况下，用户可以通过将它们相互关联而容易地确认各图像中的缺失部分。在这种情况下，希望表示偏振状态的断层图像的获取位置 和断层强度图像的获取位置是被检眼内的同一位置。可以在获取时、或者在此后使用摄像后处理，调整所获取的表示偏振状态的断层图像的位置和所获取的断层强度图像的位置，并且然后可以叠加显示形态1102和1105。而且，希望在监视器的显示画面的显示区域上，在眼底照片1106上叠加显示眼底图像1101，如图12所示，其中，眼底照片1106是利用眼底照相机所拍摄的彩色眼底图像。结果，用户可以确认彩色眼底图像中的缺失部分的位置，其中，与单色眼底图像相比，彩色眼底图像更容易识别，并且有利于诊断。眼底图像1101是与眼底照片1106相比范围更窄的图像。希望基于诸如血管等的特征区域对眼底照片1106和眼底图像1101进行配准。此外，希望在使得强度相对低的区域透明的情况下，将眼底图像1101叠加在眼底照片1106上。用户因而可以容易地确认彩色眼底图像中的缺失部分的位置，从而使得这类显示形态有利于诊断。此外，如果在断层强度图像1103中存在多个不连续部分1104，则希望图像处理设备包括诸如鼠标等的用于用户指定不连续部分之一的指定单元。在这种情况下，希望根据利用指定单元的指定，将多个不连续部分1104中的指定部分的显示形态改变成与其它不连续部分的显示形态不同的格式，即，不同颜色或者形状，或者进行突出显示。此外，希望改变与指定部分相对应的眼底图像1101中的不连续部分的显示形态，使得其不同于其它不连续部分的显示形态。用户因而可以容易地区分指定部分和其它部分，因而这样的显示形态有利于诊断。此外，通过指定单元所指定的部分可以是眼底图像1101中的多个不连续部分1102中的一个。在这种情况下，如上所述，希望根据通过指定单元的指定，将指定部分的显示形态改变成不同于其它不连续部分的显示形态。此外，还希望根据通过指定单元的指定而改变与指定部分相对应的断层强度图像1103中的不连续部分的显示形态，以使得其变成不同于其它不连续部分的显示形态的显示形态。结果，即使在图像中存在多个缺失部分时，用户也可以容易地确认这两个图像中的相应缺失部分的位置。此外，代替如上所述的眼底强度图像，眼底图像1101可以是诸如(稍后说明的)延迟图或者双折射图等的表示偏振状态的眼底图像(即，偏振敏感眼底图像)。根据本发明典型实施例的摄像设备可应用于诸如被检眼、皮肤和内脏等的被检体。此外，根据本典型实施例的摄像设备可以是眼科设备或者内窥镜。下面说明使得能够实现上述期望效果的、根据优选实施例的方法和设备。具体地，说明获取偏振敏感眼底图像和强度眼底图像的方法、以及获取偏振敏感断层图像和断层强度图像的方法。随后说明(例如，使用偏振均匀度图)区分和指定眼中的层的方法、以及(例如，使用延迟图像或者双折射图像)发现和诊断这些层中的不连续的方法。图1是示出作为根据本典型实施例的摄像设备的例子的眼科设备的示意图。可以将下述信号处理单元190中的至少一部分当作为图像处理设备。可选地，可以将信号处理单元190和眼科设备一起当作为图像处理设备。参考图1，眼科设备包括偏振敏感OCT(PS-OCT) 100、偏振敏感扫描激光检眼器(PS-SLO) 140、前眼部摄像单元160、内部固视灯170和控制单元200。通过点亮内部固视灯170、使被检眼注视内部固视灯170、并且使用通过前眼部摄像单元160所拍摄的眼的前眼部的图像，对准眼科设备。在完成对准之后，PS-0CT100和PS-SL0140进行眼底摄像。
下面说明PS-0CT100的结构。由超发光二极管(SLD)所构成的光源101，即，低相干光源发射中心波长为850nm、并且带宽为50nm的光。可以使用诸如放大自发辐射(ASE)光源等的可以发射低相干光的任意光源作为光源101。通过偏振保持(PM)光纤102和偏振控制器103将从光源101发射的光引导至具有偏振保持功能的光纤耦合器104。然后将光束分割成测量光束(以下称为“用于断层图像的测量光束”或者“0CT测量光束”)和与测量光束相对应的参考光束。偏振控制器103调整从光源101发射的光束的偏振状态，并且将光束调整成线偏振光束。光纤耦合器104的分支比为90 (参考光束):10(测量光束)。经由PM光纤105从准直器106输出测量光束作为平行光束。输出的测量光束经由X扫描器107、透镜108和109、以及Y扫描器110到达分色镜111。X扫描器107包括在眼底Er的水平方向上扫描测量光束的电流镜(galvano mirror)，并且Y扫描器110包括在在眼底Er的垂直方向上扫描测量光束的电流镜。X扫描器107和Y扫描器110被驱动控制单元180控制，并且能够在眼底Er的期望范围内扫描测量光束。可以将在眼底上扫描测量光束的范围当作为测量光束的照射位置和包括断层图像的获取位置的断层图像的获取范围。此外，X扫描器107和Y扫描器110是PS-OCT的扫描单元的例子，并且可以被配置为共用的XY扫描器。分色镜111反射具有波长800nm 900nm的光，并且使其它波长的光透过。被分色镜111反射的测量光束经由透镜112穿过被配置为相对于作为转动轴的光轴从P偏振方向向S偏振方向倾斜45°角的λ/4偏振片113。光束的相位因而偏移90° ,并且使该光束偏振成圆偏振光束。λ /4偏振片113是用于调整测量光束的偏振状态的测量光束用的偏振调整构件的例子。如果使用下述PS-SLO光学系统，则可以将λ/4偏振片设置在PS-OCT光学系统的部分和PS-SLO光学系统的部分之间的共用的光路上。结果，可以相对降低在由PS-OCT光学系统和PS-SLO光学系统所获取的图像中产生的偏振状态的偏差。在这种情况下，可以将用于PS-SLO的扫描单元和用于PS-OCT的扫描单元配置在相互共轭的位置，并且可以将它们配置成与被检眼的瞳孔共轭。λ /4偏振片113的倾斜是λ /4偏振片113的状态的例子，并且在包括偏振分束器的光纤稱合器123的偏振分束面的光轴为转动轴的情况下，该倾斜是相对于预定位置的角度。此外，可以将λ /4偏振片113插入光路和从光路移除。例如，可以将λ /4偏振片113机械地配置成围绕光轴或者与光轴平行的轴作为转动轴而转动。结果，可以实现能够在SLO光学系统和PS-SLO光学系统之间容易地切换的紧凑型设备。此外，可以实现能够在OCT光学系统和PS-OCT光学系统之间容易地切换的紧凑型设备。因而，通过以倾斜45°角度配置λ/4偏振片113，使入射至被检眼的光束偏振成圆偏振光束。然而，由于被检眼的特性，光束在眼底Er可能没有变成圆偏振光束。为了解决这一问题，驱动控制单元180可以进行控制以精细调整λ /4偏振片113的倾斜。被安装在台116上的调焦透镜114使被偏振成圆偏振光束的测量光束经由被检眼的前眼部Ea，聚焦于眼底Er的视网膜的层。视网膜的各层对照射眼底Er的测量光束进行反射和散射，并且经由上述光路使其返回到光纤耦合器104。 另一方面，经由PM光纤117从准直器118输出被光纤耦合器104分支的参考光束作为平行光束。与测量光束类似，通过被配置为相对于作为转动轴的光轴从P偏振向S偏振倾斜22.5°角度的λ/4偏振片119,使输出的参考光束偏振。λ/4偏振片119是用于调整参考光束的偏振状态的参考光束用的偏振调整构件的例子。通过被安装在相干门(coherence gate)台121上的镜122，经由色散补偿玻璃120反射参考光束，并且使其返回至光纤耦合器104。参考光束穿过λ/4偏振片119两次，从而线偏振光束返回至光纤耦合器 104。通过驱动控制单元180控制相干门台121以处理被检眼的轴长的差。相干门是在测量光束的光路上与参考光束的光路长度相对应的位置。根据本典型实施例，参考光束的光路长度是可变的。然而，不局限于此，只要可以改变测量光束和参考光束的光路长度的差即可。将返回至光纤稱合器104的返回光束和参考光束合成为干涉光束(还称为合成光束)。将干涉光束入射至包括偏振分束器的光纤耦合器123，并且以分支比50:50将其分割成不同偏振方向的P偏振光束和S偏振光束。经由PM光纤124和准直器130，通过光栅131对P偏振光束进行分光，并且通过透镜132和线阵照相机133接收该P偏振光束。类似地，经由PM光纤125和准直器126，通过光栅127对S偏振光束进行分光，并且通过透镜128和线阵照相机129接收该S偏振光束。将光栅127和131、以及线阵照相机129和133配置成与各偏振方向的方向相一致。输出由线阵照相 机129和133各自所接收到的光束，作为与光强度相对应的电信号。作为断层图像生成单元的例子的信号处理单元190然后接收输出的电信号。可以基于偏振分束器的偏振分束面的倾斜，自动调整λ /4偏振片113和119的倾斜。还可以相对于连接眼底的视盘和黄斑的中心的虚拟线，自动调整λ/4偏振片113和119的倾斜。在这种情况下，希望倾斜检测单元(未示出)检测λ /4偏振片113和119的倾斜。倾斜检测单元可以检测当前倾斜，并且检测倾斜是否达到了预定倾斜。此外，可以基于接收光的强度来检测λ /4偏振片113和119的倾斜，并且可以调整该倾斜以使得达到预定强度。此外，可以将表示该倾斜的对象显示在图形用户界面(GUI)上，并且用户可以使用鼠标调整该倾斜。而且，通过基于作为偏振基准的垂直方向而调整偏振分束器、以及λ/4偏振片113和119，可以获取相同结果。下面说明PS-SL0140的结构。根据本典型实施例，光源141，即，半导体激光器发射中心波长为780nm的光束。经由PM光纤142将从光源141发射的测量光束(以下称为眼底图像用的测量光束或者SLO测量光束)传送至偏振控制器145，在偏振控制器145，将其转换成线偏振光束，并且从准直器143输出作为平行光束。输出的测量光束然后穿过穿孔镜144的穿孔部，并且经由透镜155,X扫描器146、透镜147和148、以及Y扫描器149到达分色镜154。X扫描器146包括在眼底Er的水平方向上扫描测量光束的电流镜，并且Y扫描器149包括在眼底Er的垂直方向上扫描测量光束的电流镜。X扫描器146和Y扫描器149被驱动控制单元180控制，并且能够在眼底Er的期望范围内扫描测量光束。此外，X扫描器146和Y扫描器149是PS-SLO的扫描单元的例子，并且可以被配置成共用的XY扫描器。分色镜154反射波长为760nm 800nm的光，并且使其它波长的光透过。被分色镜154反射的线偏振测量光束经由与PS-0CT100相同的光路，到达眼底Er。眼底Er对照射眼底Er的测量光束进行反射和散射，并且该测量光束经由上述光路到达穿孔镜144。然后经由透镜150，通过偏振分束器151将由穿孔镜144反射的光束分割成不同偏振方向的光束(即，根据本典型实施例，分割成P偏振光束和S偏振光束)。通过各个雪崩光电二极管(APD) 152和153接收分割出的光束，将其转换成电信号，并且信号处理单元190接收该电信号，其中，信号处理单元190是眼底图像生成单元的例子。穿孔镜144的位置与被检眼的瞳孔的位置共轭。穿孔镜144对由利用测量光束照射的眼底Er所反射和散射的光中、穿过瞳孔的周边区域的光进行反射。根据本典型实施例，PS-OCT和PS-SLO都使用PM光纤。然而，在偏振控制器控制偏振的情况下，通过使用单模光纤(SMF)可以获得相同结构和效果。下面说明前眼部摄像单元160。前眼部摄像单元160使用包括发出波长为IOOOnm的照射光的发光二极管(LED) 115-a和115_b的照射光源115照射前眼部Ea。由前眼部Ea反射的光经由透镜114、偏振片113、透镜112、以及分色镜111和154，到达分色镜161。分色镜161反射波长980nm IlOOnm的光，并且使其它波长的光透过。然后经由透镜162、163和164，通过前眼部照相机165接收由分色镜161所反射的光。将由前眼部照相机165所接收到的光转换成电信号，并且信号处理单元190接收该电信号。下面说明内部固视灯170。内部固视灯170包括内部固视灯显示单元171和透镜172。使用以矩阵形状所配置的多个LED作为内部固视灯显示单元171。根据要摄像的区域，通过驱动控制单元180所进行的控制，改变LED的发光位置。经由透镜172将从内部固视灯显示单元171所发射的光引导至被检眼。内部固视灯显示单元171发射波长为520nm的光，并且驱动控制单元180显示期望图案。下面说明用于控制根据本典型实施例的整个设备的控制单元200。控制单元200包括驱动控制单元180、信号处理单元190、显示控制单元191和显示单元192。驱动控制单元180控制如上所述的各单元。信号处理单元190基于从线阵照相机129和133、APD152和153、以及前眼部照相机165所输出的信号而生成图像，分析所生成的图像，并且生成分析结果的视觉信息。下面详细说明图像生成处理。显示控制单元191将通过眼底图像获取单元(未示出)和断层图像获取单元(未示出)所获取的、由断层图像生成单元和眼底图像生成单元所生成的图像显示在显示单元192的显示画面上。显示单元192可以是液晶显示器。可以经由有线或者无线通信，将由信号处理单元190所生成的图像数据发送给显示控制单元191。在这种情况下，可以将显示控制单元191当作为图像处理设备。此外，眼底图像获取单元可以包括SLO光学系统，并且断层图像获取单元可以包括OCT光学系统，作为各自的摄像系统。根据本典型实施例，如果被检体是除被检眼以外的被检体，则可以将眼底图像(即，眼底强度图像)表示为平面图像(即，平面强度图像)，并且可以将眼底图像获取单元表示为平面图像获取单元。显示单元192基于由显示控制单元191所进行的控制，显示表示下述各种类型的信息的显示形态。可以经由有线或者无线通信，将来自显示控制单元191的图像数据发送给显示单元192。此外,显示单元192包括在控制单元200中。然而,不局限于此,并且显示单元192可以与控制单元200分开。此外，可以使用作为便携式装置的例子的、通过集成显示控制单元191和显示单元192所构成的平板。在这种情况下，希望在显示单元中包括触摸面板功能，从而使得用户可以操作触摸面板来移动图像的显示位置、放大和缩小图像、以及改变要显示的图像。下面说明信号处理单元190所进行的图像生成和图像分析处理。信号处理单元190对从各线阵照相机129和133所输出的干涉信号进行一般谱域(SD-)OCT中所使用的重构处理。信号处理单元190从而生成与第一偏振光束相对应的断层图像和与第二偏振光束相对应的断层图像，即，各自基于偏振成分的两个断层图像。更具体地，信号处理单元190对干涉信号进行固定模式噪声消除。通过对所检测到的多个A扫描信号进行平均化、从而提取固定模式噪声、并且从输入的干涉信号减去所提取的固定模式噪声，来进行固定模式噪声消除。信号处理单元190然后将干涉信号的波长变换成波数，并且对该信号进行傅立叶变换，从而生成表示偏振状态的断层信号。信号处理单元190对两个偏振成分的干涉信号进行上述处理，从而生成两个断层图像。此外，信号处理单元190与X扫描器146和Y扫描器149的驱动同步地对从APD152和153输出的信号进行配准。信号处理单元190从而生成与第一偏振光束相对应的眼底图像和与第二偏振光束相对应的眼底图像，即，各自基于偏振成分的两个眼底图像。此外，信号处理单元190根据上述两个断层信号，生成断层强度图像。更具体地，断层强度图像与传统OCT中的断层图像大体相同。使用公式⑴，根据从各线阵照相机129和133所获取的断层信号Ah和Av，计算断层强度图像的像素值r。
权利要求
1.一种图像处理设备，包括: 眼底图像获取单元，用于获取眼的眼底图像； 断层图像获取单元，用于获取眼的偏振敏感断层图像；以及 显示控制单元，用于使显示单元在所述眼底图像的与所述偏振敏感断层图像中示出的眼的预定层中的不连续部分相对应的位置处叠加显示表示所述不连续部分的显示形态。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述断层图像获取单元获取眼的断层强度图像，以及 所述显示控制单元使所述显示单元在所述断层强度图像上叠加显示表示眼的所述预定层的显示形态。
3.根据权利要求2所述的图像处理设备，其中，所述断层图像获取单元基于所述偏振敏感断层图像，获取所述断层强度图像。
4.根据权利要求2所述的图像处理设备，其中，所述偏振敏感断层图像的获取位置和所述断层强度图像的获取位 置是眼的同一位置。
5.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述显示控制单元使所述显示单元将叠加了表示所述不连续部分的显示形态的眼底图像叠加显示在眼的彩色眼底图像上。
6.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，还包括指定单元，所述指定单元用于在眼的所述预定层中存在多个不连续部分的情况下指定所述眼底图像中的所述多个不连续部分中的至少一个不连续部分， 其中，所述显示控制单元使所述显示单元以与其它不连续部分不同的形态，显示所指定的不连续部分的显示形态。
7.根据权利要求6所述的图像处理设备，其中，所述断层图像获取单元获取眼的断层强度图像， 所述显示控制单元使所述显示单元在所述断层强度图像上叠加显示表示眼的所述预定层的显示形态，以及 所述显示控制单元将眼的断层强度图像中的所指定的不连续部分的显示形态改变成与其它不连续部分不同的显示形态。
8.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，还包括: 层提取单元，用于从所述偏振敏感断层图像提取所述预定层；以及 识别单元，用于识别所述预定层的不连续部分。
9.根据权利要求8所述的图像处理设备，其中，所述断层图像获取单元获取由眼的多个二维偏振敏感断层图像所形成的三维断层图像， 所述层提取单元从所述三维断层图像提取作为所述预定层的三维层区域， 所述识别单元基于所述三维层区域，识别作为所述不连续部分的三维不连续区域，以及 所述显示控制单元使所述显示单元在所述眼底图像的与所述三维不连续区域相对应的二维区域上叠加显示表示所述不连续部分的显示形态。
10.一种图像处理方法，包括以下步骤: 获取眼的眼底图像； 获取眼的偏振敏感断层图像；以及在所述眼底图像的与所述偏振敏感断层图像中的眼的预定层中的不连续部分相对应的位置处叠加显示表示所述不连续部分的显示形态。
11.根据权利要求10所述的图像处理方法，其中，还包括: 利用不同地偏振的两个光束照射眼的眼底； 接收与所述两个光束相对应的反射光束； 基于接收到的各个反射光束，显示两个偏振敏感断层图像； 调整位于所述两个光束的光路中的λ/4偏振片，以调整所接收到的反射光束的相对强度；以及 显示由偏振调整后的、所接 收到的反射光束的干涉所产生的断层强度图像。
全文摘要
本发明提供一种图像处理设备和图像处理方法，图像处理设备包括眼底图像获取单元，用于获取眼的眼底图像；断层图像获取单元，用于获取眼的偏振敏感断层图像；以及显示控制单元，用于使显示单元显示叠加在眼底图像的与偏振敏感断层图像中示出的眼的预定层中的不连续部分相对应的位置上的、表示不连续部分的显示形态。
文档编号A61B3/14GK103211574SQ201310021768
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月21日 优先权日2012年1月20日
发明者岩濑好彦, 牧平朋之, 佐藤真, 宫田和英, 富田律也, 新畠弘之, 木边乃介 申请人:佳能株式会社